盐地碱蓬人工湿地去除海水养殖废水中氮磷污染物及其机制研究

摘要

垂直潜流湿地被广泛应用于废水处理之中，但很少有应用于海水养殖废水的处理之中。海水养殖废水中含有大量氮磷营养盐、有机物和盐分，可生化性好，适于利用人工湿地进行处理。将海水养殖废水引入人工湿地系统，在提高人工湿地对海水养殖废水中氮营养盐的去除效率的同时，有望促进厌氧氨氧化过程，从而优化人工湿地处理系统。
　　本研究选用耐盐植物盐地碱蓬，构建了人工湿地小试系统，开展养殖废水中氮磷污染物的去除研究。首先研究人工湿地小试系统对于海水养殖废水中氮磷污染物的去除效果，为其处理海水养殖废水的能力提供科学依据;其次从分子生物学角度出发，探寻人工湿地小试系统对海水养殖废水中氮营养盐的处理机制，为进一步优化人工湿地系统提供理论依据;最后在前段研究的基础之上，研究不同盐度对厌氧氨氧化菌数量和丰度的影响。本研究得到结论如下:
　　(1)盐度升高对总磷的去除效果影响不大，但总氮的去除效率有所降低。系统对于氨氮的去除效果随着盐度升高而下降，亚硝氮在较高盐度时有明显积累，硝氮的去除效果稳定。但是在4％的盐度下，湿地装置中总氮去除效率仍可维持在65％以上。
　　(2)基质不同深度对氮的去除效果不同。在0-20cm，氨氮和硝氮的浓度大幅下降，污染物去除效率最高;在经过前40cm基质后，2％和3％盐度下的硝氮去除效率较高。0％的系统中几乎没有亚硝氮的积累，亚硝氮在较高盐度(＞3％)时有明显积累，氨氮和亚硝氮的浓度比值接近1∶1，更加有利于厌氧氨氧化过程的发生。
　　(3)系统中的细菌群落分布受到盐度和基质深度的影响较大。随着盐度的增加，OTU值逐渐降低，说明盐度降低了湿地中微生物的群落多样性。0％系统中，0-20cm处微生物丰度及多样性都是最高;20-40cm处，2％盐度下微生物丰度及多样性最高。在系统中主要存在22个菌门，其中丰度最高的菌门为Proteobacteria（变形菌门）。由于环境中微生物多样性较高，仍有大量的细菌没有被测序和发现。
　　(4)系统中全部厌氧氨氧化菌均来自于浮霉菌门，且随盐度升高，海洋厌氧氨氧化菌逐渐成为优势菌群。厌氧氨氧化菌大部分更适应在3％盐度下生长繁殖，尽管厌氧氨氧化菌的丰度有所增长，但它仍不是系统中的优势种。但在这次试验中，我们也看到了利用高盐度促进厌氧氨氧化过程的可能性。

目录

声明

摘要

第一章 前言

1．1 海水养殖废水污染现状

1．1．1 海水养殖的快速发展

1．1．2 海水养殖废水污染形成原因

1．1．3 国内外污染现状

1．2 海水养殖废水的处理方法

1．2．1 物理化学处理法

1．2．2 生物处理法

1．3 盐地碱蓬人工湿地系统

1．3．1 人工湿地

1．3．2 耐盐植物的选取

1．3．3 嗜盐微生物

1．4 研究目的，内容及技术路线

1．4．1 研究目的

1．4．2 研究内容

1．4．3 技术路线图

2．1 实验装置

2．2 实验设计

2．3 样品采集及其测试方法

2．4 基质中DNA的提取

2．5 实时荧光定量PCR和高通量测序

2．5．1 实时荧光定量PCR

2．5．2 高通量测序及数据分析

2．6 数据分析

第三章 人工湿地小试系统对于氮磷污染物处理效果的研究

3．1 不同盐度下氮磷处理效果

3．2 不同高度下的水质处理效果

3．3 本章小结

第四章 人工湿地小试系统处理氮营养盐的微生物机制研究

4．1 不同盐度下微生物丰度比较

4．2 微生物群落结构及多样性分析

4．2．1 菌群丰度及多样性分析

4．2．2 系统中群落结构及分布

4．3 不同盐度对于厌氧氨氧化菌的丰度和结构的影响

4．3．1 厌氧氨氧化细菌丰度及其分布情况

4．3．2 厌氧氨氧化细菌的群落多样性及其分布情况分析

4．4 微生物功能预测分析

4．5 本章小结

5．1 结论

5．1．1 人工湿地小试系统对氮磷污染物处理效果的研究

5．1．2 人工湿地小试系统处理氮营养盐的微生物的机制研究

5．1．3 不同盐度对于厌氧氨氧菌丰度和结构的影响

5．2 建议

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文

硕士期间参与的科研项目

硕士期间获得奖励